在束形成系統(tǒng)中的載波頻率偏移補償?shù)闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于在超高帶寬系統(tǒng)中傳送信號的方法，其補償載波頻率偏移。在發(fā)送器(202-A)處生成具有多個數(shù)據(jù)位的基帶發(fā)送信號。使用具有第一載波頻率的第一本地振蕩器信號將基帶發(fā)送信號上轉(zhuǎn)換為射頻(RF)發(fā)送信號。針對在第一載波頻率和第二本地振蕩器信號的第二載波頻率之間偏移計算偏移抵消，該第二本地振蕩器信號被用來對RF接收信號進行下轉(zhuǎn)換。將偏移抵消施加到多個相位旋轉(zhuǎn)器，并且RF發(fā)送信號通過相控陣列發(fā)送，該相控陣列一般由束轉(zhuǎn)向電路(204)、相位旋轉(zhuǎn)器(206-1到206-N)和功率放大器(208-1到208-N)組成。
【專利說明】在束形成系統(tǒng)中的載波頻率偏移補償
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及相控陣列，并且更具體地涉及在相控陣列系統(tǒng)中的載波頻率偏移補償。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1示出傳統(tǒng)通信系統(tǒng)100的示例。在該系統(tǒng)100中，雖然同樣可利用超外差電路系統(tǒng)，但是存在每個均利用直接轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)的發(fā)送器102和接收器104。對于發(fā)送器102，存在調(diào)制器(其一般包括相位調(diào)節(jié)電路108-1 (其可以例如是混合電路))和混頻器106-1和106-2)和本地振蕩器110-1，其從基帶電路系統(tǒng)112-1接收同相⑴和正交(Q)信號，并且將這些信號上轉(zhuǎn)換(upconvert)為射頻(RF)信號。RF信號然后通過功率放大器(PA) 114放大，并且發(fā)送到接收器104。接收器利用低噪音放大器(LNA) 116放大其接收的RF信號，并且利用解調(diào)器(其一般包括混頻器106-3和106-4以及相位調(diào)節(jié)電路系統(tǒng)108-2)和本地振蕩器110-2下轉(zhuǎn)換(downconvert)這些信號，以便為基帶電路系統(tǒng)112-2生成I和Q信號。
[0003]具有這種設(shè)置的一個問題是難以具有匹配的(來自本地振蕩器110-1和110-2的)本地振蕩器信號。如果存在頻率上的不同，則星座(constellat1n)可旋轉(zhuǎn)；其示例可在圖2中看出，其中存在4-QAM(正交幅度調(diào)制)系統(tǒng)的星座旋轉(zhuǎn)。該頻率差稱為載波頻率偏移，并且在傳統(tǒng)的RF通信系統(tǒng)中，載波頻率偏移補償通常通過旋轉(zhuǎn)所接收的(在數(shù)字域中的)基帶星座來實現(xiàn)。然而，執(zhí)行這種數(shù)字補償在超高帶寬系統(tǒng)(諸如毫米波或太赫茲系統(tǒng))中可能不切實際。因此，在超高帶寬系統(tǒng)中存在模擬低成本載波頻率偏移補償?shù)男枨蟆?br> [0004]在美國專利4，166, 274 以及 Gooch 等人的“The CM Array:An AdaptiveBeamformer for Constant Modulus Signals,”1986IEEE Internat1nal Conference onAcoustics, Speech, and Signal Processing(ICASSP，86)，Aprill986, pp.2523-2526 中描述了傳統(tǒng)系統(tǒng)的一些示例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]實施例提供了一種裝置。該裝置包括接收器，其具有采用第一載波頻率的第一本地振蕩器信號；以及發(fā)送器，其具有:采用第二載波頻率的第二本地振蕩器信號；信號發(fā)生器，其接收第二本地振蕩器信號；相控陣列；多個相位旋轉(zhuǎn)器，其耦合在信號發(fā)生器和相控陣列之間；以及束轉(zhuǎn)向電路，其耦合到每個相位旋轉(zhuǎn)器，其中束轉(zhuǎn)向電路為第一載波頻率和第二載波頻率之間的偏移計算偏移抵消，并且其中束轉(zhuǎn)向電路將偏移抵消施加到每個相位旋轉(zhuǎn)器。
[0006]在實施例中，束轉(zhuǎn)向電路進一步包括:相位控制器，其被配置為控制每個相位旋轉(zhuǎn)器的相位；載波頻率偏移計算器，其被配置為計算偏移抵消；以及補償器，其被配置為將偏移抵消施加到相位控制器。[0007]在實施例中，束轉(zhuǎn)向電路被實現(xiàn)為在處理器上體現(xiàn)的軟件。
[0008]在實施例中，信號發(fā)生器進一步包括:信號源，其生成同相(I)和正交(Q)信號；本地振蕩器，其生成第二本地振蕩器信號；相位調(diào)節(jié)電路，其耦合到本地振蕩器，以便接收第二本地振蕩器信號；第一混頻器，其耦合到信號源以便接收I信號，并且耦合到相位調(diào)節(jié)電路；以及第二混頻器，其耦合到信號源以便接收Q信號，并且耦合到相位調(diào)節(jié)電路。
[0009]在實施例中，相位調(diào)節(jié)電路進一步包括混合電路(hybrid)。
[0010]在實施例中，信號源進一步包括基帶電路。
[0011 ] 在實施例中，相位旋轉(zhuǎn)器基于每個符號而調(diào)節(jié)。
[0012]在實施例中，提供了一種方法。該方法包括生成具有多個數(shù)據(jù)位的基帶發(fā)送信號；使用具有第一載波頻率的第一本地振蕩器信號將基帶發(fā)送信號上轉(zhuǎn)換為射頻(RF)發(fā)送信號；針對在第一載波頻率和第二本地振蕩器信號的第二載波頻率之間的偏移計算偏移抵消，該第二本地振蕩器信號被用來下轉(zhuǎn)換RF接收信號；將偏移抵消施加到多個相位旋轉(zhuǎn)器；以及通過相控陣列發(fā)送RF發(fā)送信號。
[0013]在實施例中，該方法進一步包括基于每個符號調(diào)節(jié)相位旋轉(zhuǎn)器。
[0014]在實施例中，基帶發(fā)送信號進一步包括發(fā)送I和Q信號。
[0015]在實施例中，上轉(zhuǎn)換的步驟進一步包括:生成第一本地振蕩器信號的第一和第二相位；以及分別將I和Q信號與第一振蕩器信號的第一和第二相位混合。
[0016]在實施例中，提供了一種裝置。該裝置包括接收器，其具有:天線；低噪音放大器(LNA)，其耦合到天線；以及解調(diào)器，其耦合到LNA，并且使用具有第一載波頻率的第一本地振蕩器信號來解調(diào)RF接收信號；以及發(fā)送器，其具有:采用第二載波頻率的第二本地振蕩器；信號發(fā)生器，其接收第二本地振蕩器信號；相控陣列；多個相位旋轉(zhuǎn)器，其耦合在信號發(fā)生器和相控陣列之間；以及束轉(zhuǎn)向電路，其耦合到每個相位旋轉(zhuǎn)器，其中束轉(zhuǎn)向電路計算用于在第一載波頻率和第二載波頻率之間偏移的偏移抵消，并且其中束轉(zhuǎn)向電路將偏移抵消施加到每個相位旋轉(zhuǎn)器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是傳統(tǒng)RF系統(tǒng)的示例圖；
[0018]圖2是在4-QAM系統(tǒng)中星座旋轉(zhuǎn)的示例圖；
[0019]圖3和4是根據(jù)執(zhí)行本發(fā)明原理的示例實施例的系統(tǒng)的示例圖；以及
[0020]圖5是圖3和4的束轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的示例圖。
【具體實施方式】
[0021]圖3示出系統(tǒng)200的示例。如圖示出，系統(tǒng)200與系統(tǒng)100類似，例外的是發(fā)送器102已經(jīng)以發(fā)送器202代替。發(fā)送器202 (與發(fā)送器102類似)利用直接的轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)，但是也可以利用超外差電路系統(tǒng)。不過發(fā)送器202-A使用在毫米波或太赫茲頻率范圍中操作的相控陣列(其一般由束轉(zhuǎn)向電路204、相位旋轉(zhuǎn)器206-1到206N，以及PA208-1到208-N組成)。這種相控陣列系統(tǒng)的示例可在2010年9月9日提交的題為“TerahertzPhased Array System”的美國申請12/878，484中看出，并且在此通過引用并入該申請。該設(shè)置允許將定向的太赫茲或毫米波能量束引導(dǎo)到接收器104或引導(dǎo)到接收器203-A。接收器203-A除了包括LNA210-1到210-N、相位旋轉(zhuǎn)器212-1到212-N以及束轉(zhuǎn)向電路214以外與接收器104類似，LNA210-1到210-N、相位旋轉(zhuǎn)器212-1到212-N以及束轉(zhuǎn)向電路214允許發(fā)送器202-A和接收器203-A彼此指向?？衫迷撛O(shè)置的系統(tǒng)的示例是2011年9月6日提交的題為“Wireless Router System”的美國申請13/226，133，其在此通過引用并入本申請。額外或可替代地，發(fā)送器202-A和接收器203-B的調(diào)制器(混頻器106-1和106-2和相位調(diào)節(jié)電路108-1)和解調(diào)器(混頻器106-3和106-4和相位調(diào)節(jié)電路108-2)可由發(fā)送器202-B和接收器203-B的調(diào)制器216-1到216-N以及解調(diào)器218-1到218-N代替，其中來自本地振蕩器110-1和110-2的信號由相位旋轉(zhuǎn)器206-1到206-N以及212-1到212-N進行相位偏移。接收器203-A/203-B可同樣具有與發(fā)送器202-A/202-B不同大小的相控陣列。
[0022]束轉(zhuǎn)向電路204和/或214(其可在圖5中更詳細看出)然后可有利地用于補償在本地振蕩器110-1和110-2之間的載波頻率偏移。通常，束轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電路204和/或214被實現(xiàn)在硬件中，但是其可同樣在體現(xiàn)在處理器(諸如數(shù)字信號處理器或DSP)上的軟件中實現(xiàn)(或部分實現(xiàn))。束轉(zhuǎn)向電路204和/或214 —般由相位控制器302 (其能夠獨立控制相位旋轉(zhuǎn)器206-1到206-N和/或212-1到212-N以便控制束的方向)、載波頻率(CF)偏移計算器304和(光學(xué))補償器304組成。CF偏移計算器304能夠使用利用采用訓(xùn)練序列的傳統(tǒng)技術(shù)或者其他方式計算本地振蕩器110-1和110-2之間的載波頻率偏移。具體地，CF偏移計算器304能夠計算差Λ F。在混頻器106-3和106-4之后接收的下轉(zhuǎn)換信號與如下成比例:
[0023](1) cos (2 Ji nT (AF)),
[0024]其中T是符號周期。由于編碼數(shù)字信號(即4-QAM)被發(fā)送，所以可在相位旋轉(zhuǎn)器206-1到206-Ν處將基于每個符號將該調(diào)節(jié)施加到所發(fā)送或所接收的信號，從而對在如下符號(η)處的相位路徑(i)產(chǎn)生相位偏移:
[0025](2) Φ ni = Φin-1 +2 πT( Δ F) .
[0026]因為同一調(diào)節(jié)被施加到所有的相位旋轉(zhuǎn)器206-1到206-Ν，在相位旋轉(zhuǎn)器206_1到206-Ν之間的相對相位保持恒定，以便束在所需方向中保持指向。因此，載波頻率偏移校正一般不干擾系統(tǒng)200的功能。如所指示的，偏移補償可在接收器203或104、發(fā)送器202或兩者中發(fā)生；通常，如果偏移信息在接收器203或104處可用，則可在接收器203或104中發(fā)生的偏移補償可被執(zhí)行。
[0027]本發(fā)明涉及的本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將理解到，可以對所描述的示例進行修改，并且在要求發(fā)明的范圍內(nèi)，許多其它實施例同樣是可行的。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，其包括: 接收器，其具有采用第一載波頻率的第一本地振蕩器信號；以及 發(fā)送器，其具有: 采用第二載波頻率的第二本地振蕩器信號； 信號發(fā)生器，其接收所述第二本地振蕩器信號； 相控陣列； 多個相位旋轉(zhuǎn)器，其耦合在所述信號發(fā)生器和所述相控陣列之間；以及束轉(zhuǎn)向電路，其耦合到每個相位旋轉(zhuǎn)器，其中所述束轉(zhuǎn)向電路針對所述第一載波頻率和所述第二載波頻率之間的偏移計算偏移抵消，并且其中所述束轉(zhuǎn)向電路將所述偏移抵消施加到每個相位旋轉(zhuǎn)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述束轉(zhuǎn)向電路進一步包括: 相位控制器，其被配置為控制每個相位旋轉(zhuǎn)器的相位； 載波頻率偏移計算器，其被配置為計算所述偏移抵消；以及 補償器，其被配置為將所述偏移抵消施加到所述相位控制器。
3.根據(jù)權(quán)利 要求2所述的裝置，其中所述束轉(zhuǎn)向電路被實現(xiàn)為在處理器上體現(xiàn)的軟件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述信號發(fā)生器進一步包括: 信號源，其生成同相信號即I信號和正交信號即Q信號； 本地振蕩器，其生成所述第二本地振蕩器信號； 相位調(diào)節(jié)電路，其耦合到所述本地振蕩器，以便接收所述第二本地振蕩器信號； 第一混頻器，其耦合到所述信號源以便接收所述I信號，并且耦合到所述相位調(diào)節(jié)電路；以及 第二混頻器，其耦合到所述信號源以便接收所述Q信號，并且耦合到所述相位調(diào)節(jié)電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述相位調(diào)節(jié)電路進一步包括混合電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述信號源進一步包括基帶電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述相位旋轉(zhuǎn)器基于每個符號而調(diào)節(jié)。
8.一種方法，其包括: 生成具有多個數(shù)據(jù)位的基帶發(fā)送信號； 使用具有第一載波頻率的第一本地振蕩器信號，將所述基帶發(fā)送信號上轉(zhuǎn)換為射頻發(fā)送信號即RF發(fā)送信號； 針對所述第一載波頻率和第二本地振蕩器信號的第二載波頻率之間的偏移計算偏移抵消，所述第二本地振蕩器信號被用來下轉(zhuǎn)換RF接收信號； 將所述偏移抵消施加到多個相位旋轉(zhuǎn)器；以及 通過相控陣列發(fā)送所述RF發(fā)送信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述方法進一步包括基于每個符號調(diào)節(jié)所述相位旋轉(zhuǎn)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述基帶發(fā)送信號進一步包括發(fā)送I和Q信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述上轉(zhuǎn)換的步驟進一步包括:生成所述第一本地振蕩器信號的第一和第二相位；以及 將所述I和Q信號分別與所述第一振蕩器信號的所述第一和第二相位相混合。
12.一種裝置，其包括: 接收器，其具有: 天線； 低噪音放大器即LNA，其耦合到所述天線；以及 解調(diào)器，其耦合到所述LNA，并且使用具有第一載波頻率的第一本地振蕩器信號來解調(diào)RF接收信號；以及發(fā)送器，其具有: 采用第二載波頻率的第二本地振蕩器信號； 信號發(fā)生器，其接收所述第二本地振蕩器信號； 相控陣列； 多個相位旋轉(zhuǎn)器，其耦合在所述信號發(fā)生器和所述相控陣列之間；以及束轉(zhuǎn)向電路，其耦合到每個相位旋轉(zhuǎn)器，其中所述束轉(zhuǎn)向電路針對所述第一載波頻率和所述第二載波頻率 之間的偏移計算偏移抵消，并且其中所述束轉(zhuǎn)向電路將所述偏移抵消施加到每個相位旋轉(zhuǎn)器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述束轉(zhuǎn)向電路進一步包括: 相位控制器，其被配置為控制每個相位旋轉(zhuǎn)器的相位； 載波頻率偏移計算器，其被配置為計算所述偏移抵消；以及 補償器，其被配置為將所述偏移抵消施加到所述相位控制器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述束轉(zhuǎn)向電路被實現(xiàn)為在處理器上體現(xiàn)的軟件。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述信號發(fā)生器進一步包括: 信號源，其生成I和Q信號； 本地振蕩器，其生成所述第二本地振蕩器信號； 相位調(diào)節(jié)電路，其耦合到所述本地振蕩器，以便接收所述第二本地振蕩器信號； 第一混頻器，其耦合到所述信號源以便接收所述I信號，并且耦合到所述相位調(diào)節(jié)電路；以及 第二混頻器，其耦合到所述信號源以便接收所述Q信號，并且耦合到所述相位調(diào)節(jié)電路。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述相位調(diào)節(jié)電路進一步包括混合電路。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述信號源進一步包括基帶電路。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中基于每個符號調(diào)節(jié)所述相位旋轉(zhuǎn)器。
【文檔編號】H04L27/26GK104040981SQ201280052982
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月28日
【發(fā)明者】N·C·沃克, S·霍蘇爾 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司